被子植物DNA去甲基化酶基因的进化分析

DNA甲基化模式和水平取决于DNA甲基转移酶和去甲基化酶的作用,而DNA去甲基化酶在DNA主动去甲基化过程中起到关键作用。文章以已知的10个DNA去甲基化酶基因为参照,鉴定出两种单子叶植物(水稻和高粱)、两种双子叶植物(拟南芥和毛果杨)中所有的DNA去甲基化酶同源基因,其中新鉴定出两类DNA去甲基化酶类似基因DML4和DML5。基于保守的糖苷酶结构域序列的系统进化分析以及基因在染色体上的位置分析表明,植物中DNA去甲基化酶基因存在串联复制、染色体区段复制和全基因组复制而导致基因的新功能化和亚功能化。文章还进一步分析了DNA去甲基化酶基因在不同组织中的表达情况,旨在理解DNA去甲基化酶基因的功能与进化的关系,以期为DNA去甲基化酶基因在植物中的利用提供参考。     

芝麻MATE基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物为了维持其生命系统的正常运转,需要对各种代谢产物和毒素进行转运和排出.多药与毒性化合物排出转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在多种底物和毒素的运输中起到重要作用.本研究利用生物信息学手段对芝麻MATE基因家族进行了全基因组分析,鉴定得到67个MATE基因,分布于全部13条染色体上,亚细胞定位预测表明这些基因主要位于质膜上.串联复制和全基因组复制是芝麻MATE基因家族扩增的主要动力.比较基因组学分析发现在芝麻和拟南芥中具有许多共线性的MATE基因,且大部分串联复制SiMATE基因产生于芝麻和拟南芥分化之后.系统进化分析可将芝麻MATE成员分为4个亚家族,大部分相似功能的己知植物MATE成员被聚在同一分枝中,进化树中关系较近的芝麻MATE成员往往具有相似的基因结构和保守基序.基因表达分析表明一半以上的SiMATE基因具有组织表达特异性.这些结果为芝麻MATE基因功能的研究提供了重要参考.     

芸薹属植物基因组学研究进展

芸薹属是十字花科植物300多个属中最为重要的一个属,是我国栽培面积最大的蔬菜作物。拟南芥和芸薹属在十字花科中两者的亲缘关系最近,通过它们之间的比较作图,两者之间的共线性被大量发现。模式植物拟南芥全基因组测序已经完成,这为芸薹属作物的基因组研究提供了便利条件。芸薹属作物的功能基因组学能够进一步明确不同发育时期基因的功能,为解释芸薹属的进化提供基因证据。就芸薹属植物在比较基因组学、功能基因组学最新进展,特别是芸薹属与模式植物拟南芥在基因组之间的相互关系进行了综述。     

芝麻MATE基因家族的全基因组鉴定与表达分析

植物为了维持其生命系统的正常运转,需要对各种代谢产物和毒素进行转运和排出.多药与毒性化合物排出转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在多种底物和毒素的运输中起到重要作用.本研究利用生物信息学手段对芝麻MATE基因家族进行了全基因组分析,鉴定得到67个MATE基因,分布于全部13条染色体上,亚细胞定位预测表明这些基因主要位于质膜上.串联复制和全基因组复制是芝麻MATE基因家族扩增的主要动力.比较基因组学分析发现在芝麻和拟南芥中具有许多共线性的MATE基因,且大部分串联复制SiMATE基因产生于芝麻和拟南芥分化之后.系统进化分析可将芝麻MATE成员分为4个亚家族,大部分相似功能的己知植物MATE成员被聚在同一分枝中,进化树中关系较近的芝麻MATE成员往往具有相似的基因结构和保守基序.基因表达分析表明一半以上的SiMATE基因具有组织表达特异性.这些结果为芝麻MATE基因功能的研究提供了重要参考.     

多倍体植物中基因表达模式的变化

植物杂交和多倍化能导致基因组结构发生变化,并显著影响了基因表达,因此认为杂交和多倍化是促进植物进化的一个重要力量。近些年大量的研究表明植物多倍化后基因表达模式发生了复杂的改变,包括基因沉默、基因表达的基因组偏向性及组织特异性、基因激活等现象,本文对这些现象及其特点和机制进行了综述。     

落叶松-杨栅锈菌基因复制事件及共线性分析

落叶松-杨栅锈菌是一种分布广且危害严重的林木病原真菌。了解基因组内发生的基因复制事件及基因组间的共线性关系,能为最终理解落叶松-杨栅锈菌适应性进化等生物学问题提供帮助。落叶松-杨栅锈菌全基因组水平上基因复制相关研究未见报道,共线性研究报道也较少。本研究利用落叶松-杨栅锈菌全基因组序列分析其基因复制模式。结果表明,落叶松-杨栅锈菌转座复制基因的数目远高于片段复制基因、串联复制基因及相邻复制基因。落叶松-杨栅锈菌基因组内不存在大规模的片段复制,且基因年龄法显示节点同义替换率分布图上没有峰形出现,推断该锈菌未发生全基因组复制。富集分析显示不同类型复制基因富集于不同的功能条目,如串联复制基因富集于碳水化合物的转运和代谢而转座复制基因富集于次生代谢物合成、代谢与分解。共线性分析显示落叶松-杨栅锈菌与松栎柱锈菌及小麦条锈菌的共线性程度均较低,3种锈菌间存在1个共同的共线性区域,该保守区域包含6个基因,其中1个可能编码小分泌蛋白的基因值得关注。     

导读

得益于基因组测序技术的快速发展,生命科学已经进入后基因组时代.许多重要农作物的全基因组测序工作已经完成公布,如何快速高效地评估验证基因的生物学功能是将这些理论知识转化为生产应用的关键.自1943年德国植物学家Friedrich Laibach首次提出将十字花科拟南芥(Arabidopsis thaliana)作为模式植物以来[1],全球科研团队先后对这一物种展开大量的基础性研究,并逐步积累建成了一个规模庞大、功能齐全的基因组数据库(The Arabidopsis Information Resource,TAIR).     

植物古基因组学研究进展

植物古基因组学是基因组学一个新兴分支,从现存物种中重建其祖先基因组,推断在古历史中导致形成现存物种的进化或物种形成事件。高通量测序技术的不断革新使测序读长更长、更准确,加快了植物参考基因组序列的组装进程,为古基因组学研究提供了大批量可靠的现存物种的基因组序列资源。全基因组复制(whole-genome duplication, WGD)亦称古多倍化,使植物基因组快速重组,丢失大量基因,增加结构变异,对植物进化极其重要。本文综述了植物基因组测序与组装研究进展、植物古基因组学的原理、植物基因组WGD事件以及植物祖先基因组进化场景,并对未来植物古基因组学研究进行了展望。     

转录组测序揭示翼盖蕨(Didymochlaena trancatula)的全基因组复制历史

全基因组复制在动植物中普遍存在, 被认为是促进物种进化的重要动力之一。作为蕨类植物的单种科物种, 翼盖蕨(Didymochlaena trancatula)是真水龙骨类I的基部类群, 在蕨类中具有独特的演化地位。本研究基于高通量测序, 通过同义替换率(Ks)分析、相对定年分析揭示翼盖蕨的全基因组复制发生情况。Ks分析表明, 翼盖蕨至少经历了两次全基因组复制事件, 其中一次发生于59-62 million years ago (Mya), 另一次发生于90-94 Mya, 这两次全基因组复制事件分别和白垩纪第三纪的Cretaceous-Tertiary (C-T)大灭绝事件以及翼盖蕨的物种分化时间相吻合。进一步对两次全基因组复制保留的基因进行功能注释和富集分析, 结果显示与转录及代谢调控相关的基因优势被保留。翼盖蕨的全基因组复制事件可能促进了该物种的分化及其对极端环境的适应性。     

基于转录组数据揭示4种兜兰的全基因组复制历史

多倍化或全基因组复制(WGD)是物种多样性发生的重要驱动力。目前, 在蕨类、菊科以及豆科等类群丰富的植物中已多次报道全基因组复制事件, 而兰科(Orchidaceae)全基因组复制事件报道极少, 与其丰富的物种多样性存在矛盾, 推测与前期样本量小但类群跨度大的研究策略有关。选取染色体数目变异丰富且多样性较高的兜兰属(Paphiopedilum)为兰科植物代表类群, 基于共享数据库中4种兜兰的转录组数据, 采用同义替换率(K_s)、系统发生基因组学以及相对定年的方法分析兜兰属植物是否发生过全基因组复制事件。结果表明, 在4种兜兰中均检测到3次全基因组复制事件, 分别发生在110.17-119.77 Mya (WGD1)、60.95-74.19 Mya (WGD2)和38.19-45.85 Mya (WGD3)。其中, WGD3为新检测到的全基因组复制事件, 推测其发生在杓兰亚科(Cypripedioideae)与姐妹类群分化后, 兜兰属与姐妹类群分化之前。此外, 3次全基因组复制事件发生后优先保留的基因拷贝在功能上多与当时的环境胁迫响应相关, 推测全基因组复制提高了兜兰属植物祖先对当时极端环境变化的适应性。     

鱼类特异的基因组复制

辐鳍鱼类是脊椎动物中种类最多、分布最广的类群,其基因组大小不等。过去的观点认为,在脊椎动物进化历程中曾发生了两次基因组复制。近期的系统基因组学研究资料进一步提出,在大约350百万年,辐鳍鱼还发生了第三次基因组复制,即鱼类特异的基因组复制(fish-specificgenomeduplication,FSGD),且发生的时间正处在“物种极度丰富”的硬骨鱼谱系(真骨总目)和“物种贫乏”的谱系(辐鳍鱼纲基部的类群)出现分歧的时间点,表明FSGD与硬骨鱼物种和生物多样性的增加有关。进一步开展鱼类比较基因组学和功能基因组学研究将进一步验证FSGD这一假说。     

中心体复制及调控机制研究进展

中心体是动物细胞内最主要的微管组织中心。此外,它还参与纺锤体组装、纤毛发生和细胞迁移等一系列生物过程。中心体异常不仅与肿瘤的发生密切相关,并且还会导致一些发育方面的疾病。该文总结了中心体的结构、复制过程及其调控机制等方面的研究进展,并讨论了中心体异常与肿瘤发生及发育相关疾病的关系,为更深入了解产生中心体异常的原因及一些相关疾病的诊断和治疗提供参考。     

tRNA Creation by Hairpin Duplication

Many studies have suggested that the modern cloverleaf structure of tRNA may have arisen through duplication of a primordial hairpin, but the timing of this duplication event has been unclear. Here we measure the level of sequence identity between the two halves of each of a large sample of tRNAs and compare this level to that of chimeric tRNAs constructed either within or between groups defined by phylogeny and/or specificity. We find that actual tRNAs have significantly more matches between the two halves than do random sequences that can form the tRNA structure, but there is no difference in the average level of matching between the two halves of an individual tRNA and the average level of matching between the two halves of the chimeric tRNAs in any of the sets we constructed. These results support the hypothesis that the modern tRNA cloverleaf arose from a single hairpin duplication prior to the divergence of modern tRNA specificities and the three domains of life. [Reviewing Editor: Dr. Niles Lehman]